脉冲激光制备ZnO薄膜机理研究.pdf

江西师范火学坝L论文摘要氧化锌(ZnO)为宽禁带直接带隙半导体材料,具有良好光电性能,是一种非常有应用价值的光电和压电材料。在ZnO薄膜众多的制备方法中,较好的一种就是脉冲激光沉积法(PLD)。此法在实验上己取得了很大进展,理论}=也对它的机理进行研究。深入厂解和掌握激光与靶材的相互作用过程及成膜机理,这对应用PLD法制备高质量的薄膜,进行薄膜物理的研究是极为重要的。对于脉冲激光沉积法制备ZnO薄膜的第一个过程(即激光与靶材的相互作用及等离子体产生),采用起脉冲激光作用块状靶材的基本烧蚀模型。利用导热方程、边界条件和初始条件,详细研究了靶材在熔融前的温度分布规律;并利用精确解与积分近似法相结合的方案,给出熔融后固液两相的温度分布随时间和位置的变化关系,并模拟了激光烧蚀的整个过程。对于PLD制备薄膜的第j个过程(即等离子体的定向局域等温、绝热膨胀), 我们利用等离子体演化的动力学模型,根据流体力学理论,将激光烧蚀靶材的过程同等离子体的空间膨胀过程有机地结合起来讨论,研究了激光工作参数(功率密度和波长)对薄膜厚度分布的影响。本文的主要工作和结论包括: 1、在研究烧蚀过程中,根据能量平衡原理,导出烧蚀丽的位置随时间的变化关系,给出了较为切合实际的边界条件和初始条件,从包含热源项的导热方程出发,详细研究了靶材在熔融前的温度分布规律。对于熔融后同液两相的温度演化,在处理热传导方程时利用数值法和积分法得到了近似温度分布的解析表达式,并进行了数值模拟计算。 2、对等离子体的膨胀过程,本文采用了能够反映等离子体各向异性分布特点的动力学方程,根据该方程给出了等离子体浓度各向异性呈椭球形分布。将烧蚀阶段所得到的结果作为等离子体膨胀阶段的初始边界条件,。根据这些演化规律进行了。数值模拟计算,结果表明激光功率和波长对沉膜特性具有决定性的影响。 3、根据数值模拟法,本文讨论了激光工作参数对沉膜特性的影响。¨) 激光功率密度对薄膜的影响:当激光功率密度越高时,薄膜的厚度越小均匀, 即较小的激光功率密度可使制得的薄膜厚度分斫·均匀性得剑改善,但激光功率密度过低会影响薄膜的沉积速率,所以要选择适当的功率: (2)激光波长对薄膜的影响:计算结果表明激比波K无论多氏,薄膜的厚度分佃都是不绝对均匀的。波长越长,薄膜越不均匀。可见,波长较短的激光对于得到厚度分布均匀的薄膜是有利的。关键词:脉冲激光沉积法,氧化锌, Abstract Zn0,a direct large band gap semiconductor material,is akind ofimportant applicable electron-photonic and piezoelectric materia】with well various preparation methods,Pulse laserdeposition(PLD),with great rapiddevelopment inexperiment,is reported as one ofthebestprepared have investigated the mechanism ofpulsed laser deposition intheory to have prehensive grasp ofprocess ofinteraction between laserand material and fill deposition mechanism,which isveryimportant toprepare high quality filmand study on filmphysics. The firstprocess ofPLD isthe interaction oflaser and the meltdown andplasma jnthematerial ablating model of abulk target irradiated by apulsed laseris theheat flow equation,the appropriate boundary conditions and investigate jndetail the temperature distribution of target before the melting;Using bination